计算机硬件知识

1、计算机硬件 v 数据表示和数字电子技术 v 微处理器和存储器 v 存储设备 v 输入和输出设备 数据在计算机中的表示 v思考：人类是如何表示“数”和“信息”的呢？ 古代“结绳记事” 近代地下工作的“暗号” 现代计算机使用的数字化技术 v思考：计算机为什么要数字化地表示数据？ 模拟设备 数字设备 数据在计算机中的表示 v位：binary digit - bit - b v字节：Byte - B ，1字节由8个位组成 v单位换算： kilo- ：K；1KB=210B=1024B mega- ：M；1MB=210KB=1024KB giga- ：G；1GB=210MB=1024MB tera- ：T

2、；1TB=210GB=1024GB peta- ：P；1PB=210TB=1024TB exa- ：E；1EB=210PB=1024PB 数据在计算机中的表示 v计算机怎样表示数字？ v计算机怎样表示英文字母和字符？ ASCII码：American Standard Code for Information Interchange，7位，128个字符 键盘有多少个按键：86键键盘、101键键盘、104键键盘 用（011 0001）2或（49）10 表示数字符号1 用（100 0001）2或（65）10 表示大写字母A 用（110 0001）2或（97）10 表示小写字母a 数据在计算机中的表示

3、 v计算机怎样表示汉字？ 汉字的存储：2个字节存储1个汉字 汉字的国标码：GB2312 汉字的输入码 v 如何用英文键盘有效地将汉字输入到计算机内。 v 全拼、五笔、搜狗、QQ等。 汉字的输出码：点阵 汉字信息处理系统：用于实现各种汉字代码将的转换 数据校验码 v奇偶校验码：在表示数据的奇偶校验码：在表示数据的N N位代码中增加一位代码中增加一 位奇偶校验位，使位奇偶校验位，使N N1 1位中位中“1”1”的个数为奇的个数为奇 数（奇校验）或偶数（偶校验）。数（奇校验）或偶数（偶校验）。 v海明校验码：在有效信息代码中增加校验位，海明校验码：在有效信息代码中增加校验位， 用来校验代码中用来校验

4、代码中“1”1”的个数是奇数（奇校验）的个数是奇数（奇校验） 还是偶数（偶校验），通过奇偶校验可以发现还是偶数（偶校验），通过奇偶校验可以发现 代码传输过程中的错误并自动校正。代码传输过程中的错误并自动校正。 v应用：用于计算机各部件之间信息传输以及计应用：用于计算机各部件之间信息传输以及计 算机网络的信息传输。算机网络的信息传输。 数据在计算机中的表示 v计算机怎样表示图形图像？ BMP格式 JPG格式 GIF格式 v计算机怎样表示声音？ WAVE格式 MP3格式 v计算机怎样表示影像？ AVI格式 ASF格式 RAM格式 数制 v数制：按进位的原则进行计数称为进位计数制，简 称数制 v日常

5、生活中的常见数制有 计数：10进制 秒、分：60进制 月份：12进制 v数字计算机：2进制 十进制 v十进制：是使用数字十进制：是使用数字1 1、2 2、 、9 9、0 0等符号来表示数等符号来表示数 值且采用值且采用“逢十进一逢十进一”的进位计数制。的进位计数制。 v使用位权表示法表示数制的特点：使用位权表示法表示数制的特点： 数字的总个数等于基数。数字的总个数等于基数。 最大的数字比基数小最大的数字比基数小1 1。 每个数字都要乘以基数的幂次，该幂次由每个数字所在的位每个数字都要乘以基数的幂次，该幂次由每个数字所在的位 置决定。置决定。 v任何一个任何一个N N进制数进制数A A可表示为：

6、可表示为： A A A An n A An n 1 1 A A1 1 A A0 0.A.A 1 1 A A 2 2 A A m m -m -m Ai AiNiNi i=n i=n 二进制 v二进制：使用数字二进制：使用数字0 0和和1 1等符号来表示数值且采用等符号来表示数值且采用“逢二进一逢二进一” 的进位计数制。的进位计数制。 v二进制数制的特点：二进制数制的特点： 仅使用仅使用0 0和和1 1两个数字。两个数字。 最大的数字为最大的数字为1 1，最小的数字为，最小的数字为0 0。 每个数字都要乘以基数每个数字都要乘以基数2 2的幂次，该幂次由每个数字所在的位置的幂次，该幂次由每个数字所在

7、的位置 决定。决定。 v二进制加法和乘法运算规则：二进制加法和乘法运算规则： 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1010 1 1 1 1 1 1 计算二进制数1011101的值 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 二进制计算 v(3)10 (2)10？ v(8)10 / (2)10？ v(110011001100)2(2)10？ v(110011001100)2 / (16)10？ 八进制与十六进制 v八进

8、制：使用数字八进制：使用数字0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7等符号来表示数值等符号来表示数值 的，且采用的，且采用“逢八进一逢八进一”的进位计数制。的进位计数制。 v十六进制：使用数字十六进制：使用数字0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、9 9和和A A、B B、C C、 D D、E E、F F等符号来表示数值，其中等符号来表示数值，其中A A、B B、C C、D D、E E、F F分别表示数分别表示数 字字1010、1111、1212、1313、1414、1515。十六进制的计数方法为。十六进制的计数方法为“逢十六逢十六 进一

9、进一”。 十进制整数转换为非十进制整数 v 除基取余法：除基取余法：“除基取余，先余为低（位），后余为高（位）除基取余，先余为低（位），后余为高（位）”。 v 例：（例：（5555）10 10（ （110111110111）2 2 余数余数 2 55 1 2 27 1 2 13 1 2 6 0 2 3 1 2 1 1 0 十进制整数转换为非十进制整数 v例例: :（5555）10 10（ （6767）8 8 余数余数 8 55 7 8 6 6 0 v例例: :（5555）10 10（ （3737）16 16 余数余数 16 55 7 16 3 3 0 十进制小数转换为非十进制小数 v乘基取整法

10、乘基取整法:“:“乘基取整，先整为高乘基取整，先整为高( (位位),),后整为低后整为低( (位位)”)” v例例: :（ 0.6250.625）10 10（ （0.1010.101）2 2 0.625 整数整数 2 1.25 1 0.25 2 0.5 0 2 1.0 1 十进制小数转换为非十进制小数 例：（例：（0.320.32）10 10（ （0.01010.0101）2 2 0.32 整数整数 2 0.64 0 2 1.28 1 0.28 2 0.56 0 2 1.12 1 十进制小数转换为非十进制小数 v十进制小数并不是都能够用有限位的其他进制数精确地表示十进制小数并不是都能够用有限位

11、的其他进制数精确地表示, , 这时应根据精度要求转换到一定的位数为止，作为其近似值。这时应根据精度要求转换到一定的位数为止，作为其近似值。 v如果一个十进制数既有整数部分，又有小数部分，则应将整如果一个十进制数既有整数部分，又有小数部分，则应将整 数部分和小数部分分别进行转换。数部分和小数部分分别进行转换。 v例：将十进制数例：将十进制数55.62555.625转换为二进制数转换为二进制数 (55)(55)10 10 = (110111) = (110111)2 2 (0.625) (0.625)10 10 = (0.101) = (0.101)2 2 (55.625) (55.625)10

12、10 = (110111.101) = (110111.101)2 2 非十进制数转换为十进制数 v位权法：把各非十进制数按权展开，然后求和。位权法：把各非十进制数按权展开，然后求和。 v例：例：(10110)(10110)2 2 1 12 24 40 02 23 31 12 22 21 12 21 10 02 20 0 16160 04 42 20 0 （2222）10 10 v例：例：(10101.101)(10101.101)2 2 =1 =12 24 4+0+02 23 3+1+12 22 2+0+02 21 1+1+12 20 0+1+12 2-1 -1+0 +02 2-2 -2+1

13、 +12 2-3 -3 =16 =160 04 40 01 10.50.50 00.125 0.125 (21.625)(21.625)10 10 v例：例：(1207)(1207)8 8 = 1= 18 83 32 28 82 20 08 81 17 78 80 0 = 512= 5121281280 07 7 (647)(647)10 10 v例：例：(1B2E)(1B2E)16 16 = 1= 116163 3B B16162 22 216161 1E E16160 0 = 1= 14096409611112562562 2161614141= (6958)1= (6958)10 10

14、二进制与八进制之间的转换 v 二进制数转换为八进制数：以小数点为界，将整数部分和小数部分自左二进制数转换为八进制数：以小数点为界，将整数部分和小数部分自左 向右分别按每三位为一组，不足三位用向右分别按每三位为一组，不足三位用0 0补足，然后将各个三位二进制数转补足，然后将各个三位二进制数转 换为对应的一位八进制数。换为对应的一位八进制数。 v 八进制数转换为二进制数：把每一位八进制数转换为对应的三位二进制八进制数转换为二进制数：把每一位八进制数转换为对应的三位二进制 数。数。 v 例例: :（10111001010.1011011）2 （010 111 001 010 . 101 101 10

15、0）2 （2712.554）8 v 例例: :（456.174456.174）8 8 （100 101 110 . 001 111 100100 101 110 . 001 111 100）2 2 （100101110.0011111100101110.0011111）2 2 二进制与十六进制之间的转换 v 二进制数转换为十六进制数：以小数点为界，将整数部分自右向左和 小数部分自左向右分别按每四位为一组，不足四位用0补足，然后将各个 四位二进制数转换为对应的一位十六进制数。 v 十六进制数转换为二进制数：把每一位十六进制数转换为对应的四位 二进制数。 v 例例: :（10111001010.1

16、01101110111001010.1011011）2 2 （0101 1100 1010.1011 01100101 1100 1010.1011 0110）2 2 （5CA.B65CA.B6）16 16 v 例例: :（1A9F.1BD1A9F.1BD）16 16 （0001 1010 1001 1111.0001 1011 11010001 1010 1001 1111.0001 1011 1101）2 2 （1101010011111.0001101111011101010011111.000110111101）2 2 数字电子技术 v基本逻辑门电路 v与门 “与与”()()：两个命题

17、：两个命题A A和和B B的的“与与”( (又称为又称为A A和和B B的的“合合 取取”) )是一个复合命题，记为是一个复合命题，记为ABAB。当且仅当。当且仅当A A和和B B同时为真同时为真 时时ABAB为真，在其他的情况下为真，在其他的情况下ABAB的真值均为假。的真值均为假。 ABAB的真值表的真值表: : A A B B AB AB T T T T T T T T F F F F F F T T F F F F F F F F 连接词“与”（） 或门 连接词 “或”（） v“或或”（）：两个命题）：两个命题A A和和B B的的“或或”（又称为（又称为A A和和B B 的的“析取析取

18、”）是一个复合命题，记为）是一个复合命题，记为ABAB。当且仅当。当且仅当 A A和和B B同时为假时同时为假时ABAB为假，在其他的情况下为假，在其他的情况下ABAB的真的真 值均为真。值均为真。 vABAB的真值表：的真值表： A A B B AB AB T T T T T T T T F F T T F F T T T T F F F F F F 非门 连接词“非”（） v“非非”（）：命题）：命题A A的的“非非”（又称为（又称为A A的的“否定否定”） 是一个复合命题，记为是一个复合命题，记为 AA。若。若A A为真，则为真，则AA为假；为假； 若若A A为假，则为假，则AA为真。为

19、真。 vAA的真值表：的真值表： A AAA T TF F F FT T 连接词 “异或”（） v“异或异或” ” （）：两个命题的）：两个命题的A A和和B B的的“异或异或”（又（又 称为称为A A和和B B的的“不可兼或不可兼或”）是一个复合命题，记为）是一个复合命题，记为 ABAB。当且仅当。当且仅当A A和和B B同时为真或者同时为假时同时为真或者同时为假时ABAB为为 假，在其他的情况下假，在其他的情况下ABAB的真值为真。的真值为真。 vABAB的真值表：的真值表： A A B B ABAB T T T T F F T T F F T T F F T T T T F F F F

20、F F 码制原码 v原码表示法：用符号位和数值表示带符号数，正数的 符号位用“0”表示，负数的符号位用“1”表示，数 值部分用二进制形式表示。 v例： X = +1000101X原 = 01000101 X = -1000101X原 = 11000101 X = +0X原 = 00000000 X = -0X原 = 10000000 码制反码 v反码表示法：正数的反码与原码相同，负数的反码为 对该数的原码除符号位外各位取反。 v例： X = +1000101X反 = 01000101 X = -1000101X反 = 10111010 码制补码 v补码表示法：正数的补码与原码相同，负数 的补码

21、为对该数的原码除符号位外各位取反， 然后在最后一位加1。 v例： X = +1000101 X补 = 01000101 X = -1000101 X补 = 10111011 v数的原码表示适合于进行乘除运算；补码用 于进行加减运算 半加器 全加器 码制 v例：计算68-12的值 68 = +1000100 68补= 01000100 -12 = -0001100 -12补= 1110011 + 1 = 11110100 01000100 +11110100 1 00111000 码制 v例：计算12-68的值 12 = +0001100 12补= 00001100 -68 = -1000100

22、 68补= 10111011 + 1 = 10111100 00001100 + 10111100 11001000 56 = 00111000 -56补= 11000111 + 1 = 11001000 定点整数格式 v定点整数格式：把小数点固定在数值部分最低位的右定点整数格式：把小数点固定在数值部分最低位的右 边。边。 v N N0 0 N Nn n N Nn-1 n-1 . N . N2 2 N N1 1 . . 符号位符号位 数值部分数值部分 小数点小数点 v数的范围：二进制的（数的范围：二进制的（m+1m+1）位定点整数格式的数）位定点整数格式的数N N， 所能表示的数的范围为所能表

23、示的数的范围为N N 2 2m m 1 1。 v比例因子：对于绝对值大于该范围的数，如果直接使比例因子：对于绝对值大于该范围的数，如果直接使 用定点整数格式也将会产生用定点整数格式也将会产生“溢出溢出”，需根据实际需，需根据实际需 要选择一个比例因子进行调整，使所表示的数据在规要选择一个比例因子进行调整，使所表示的数据在规 定的范围之内。定的范围之内。 定点小数格式 v定点小数格式：把小数点固定在数值部分最高位的左定点小数格式：把小数点固定在数值部分最高位的左 边。边。 N N0 0 . N . N-1 -1 N N-2 -2 . N . N-m -m 符号位符号位 小数点小数点 数值部分数值

24、部分 v数的范围：二进制的（数的范围：二进制的（m+1m+1）位定点小数格式的数）位定点小数格式的数N N， 所能表示的数的范围为所能表示的数的范围为N N 1 1 2 2-m -m。 。 v比例因子：对于绝对值大于比例因子：对于绝对值大于1 1的数，如果直接使用定的数，如果直接使用定 点小数格式将会产生点小数格式将会产生“溢出溢出”，需根据实际需要使用，需根据实际需要使用 一个比例因子，将原始数据按该比例缩小，以定点小一个比例因子，将原始数据按该比例缩小，以定点小 数格式表示，得出结果后再按该比例扩大得到实际的数格式表示，得出结果后再按该比例扩大得到实际的 结果。结果。 浮点表示法 v浮点表

25、示法：小数点的位置不固定，一个浮点数分为浮点表示法：小数点的位置不固定，一个浮点数分为 阶码和尾数两部分。阶码和尾数两部分。 v阶码：用于表示小数点在该数中的位置，是一个整数，阶码：用于表示小数点在该数中的位置，是一个整数， 一般用补码表示。一般用补码表示。 v尾数：用于表示数的有效数值，可以采用整数或纯小尾数：用于表示数的有效数值，可以采用整数或纯小 数两种形式，一般用原码表示。数两种形式，一般用原码表示。 v可供选择的一种位数分配形式：设字长为可供选择的一种位数分配形式：设字长为3232位位 符号位符号位 阶码部分阶码部分 尾尾 数数 部部 分分 1 1位位 8 8位位2323位位 v规格

26、化的浮点数：为了提高浮点数表示的精度通常规规格化的浮点数：为了提高浮点数表示的精度通常规 定其尾数的最高位必须是非零的有效位，称为浮点数定其尾数的最高位必须是非零的有效位，称为浮点数 的规格化形式。的规格化形式。 v数的范围：数的范围： 2 2-1 -1 2 2-128 -128 (1(12 2-23 -23) ) 2 2127 127 逻辑代数基础 v计算机之所以具有逻辑处理能力，是由于计算机中使计算机之所以具有逻辑处理能力，是由于计算机中使 用了实现各种逻辑功能的电路：半加器、全加器、比用了实现各种逻辑功能的电路：半加器、全加器、比 较器、计数器等。较器、计数器等。 v各种逻辑电路都是各种

27、逻辑电路都是“与门与门”、“或门或门”、“非门非门”等等 基本门电路组成的。基本门电路组成的。 v逻辑代数是逻辑电路设计的数学基础，其源自于对命逻辑代数是逻辑电路设计的数学基础，其源自于对命 题逻辑的研究，是用数学方法研究推理规律的科学。题逻辑的研究，是用数学方法研究推理规律的科学。 v详细内容将在详细内容将在“离散数学离散数学”课程中介绍。课程中介绍。 逻辑代数基础 v命题：有具体意义且能够判断真假的陈述句。命题：有具体意义且能够判断真假的陈述句。 v命题的真值：命题所具有的值命题的真值：命题所具有的值“真真”(true(true，简记为，简记为T)T) 或或“假假”（false,false

28、,简记为简记为F F）称为其真值。）称为其真值。 v原子命题：不能分解为更为简单的陈述句的命题；原子命题：不能分解为更为简单的陈述句的命题； v复合命题：将原子命题用连接词和标点符号复合而成复合命题：将原子命题用连接词和标点符号复合而成 的命题。的命题。 v例：例： 北京是中国的首都北京是中国的首都 数字数字8 8是一个奇数是一个奇数 全体起立！全体起立！ 如果下午不下雨，则我去国家图书馆如果下午不下雨，则我去国家图书馆 逻辑代数基础 v命题标识符：表示命题的符号，当其表示任意命题命题标识符：表示命题的符号，当其表示任意命题 时，称为命题变元。时，称为命题变元。 v例：可以定义命题标识符例：可

29、以定义命题标识符A A、B B、P P、Q Q。 v连接词：与（连接词：与（）、或（）、或（）、非（）、非（）、异或）、异或 （）等。）等。 v命题公式：命题公式： 由命题变元、连接词和括号组成的合由命题变元、连接词和括号组成的合 式的式子称为命题公式。式的式子称为命题公式。 v例：例：A BA B，A BA B等。等。 v命题公式等价：如果两个不同的命题公式命题公式等价：如果两个不同的命题公式P P和和Q Q，无，无 论其命题变元取什么值它们的真值都相同，则称该论其命题变元取什么值它们的真值都相同，则称该 两个命题公式等价，记为两个命题公式等价，记为P PQ Q。 命题公式的等价律 v其中其

30、中A A、B B、C C等为命题变元，等为命题变元，T T表示表示“真真”，F F表示表示 “假假” v零律：零律： A F A F A A A F A F F F v幺律：幺律： A T A T T T A T A T A A v幂等律：幂等律：A A A A A A A A A A A A v求补律：求补律：A A A A T T A A A A F F v交换律：交换律：A B A B B AB A A B A B B AB A 命题公式的等价律 v结合律：结合律： A A （BCBC）（）（ABAB）CC A A （BCBC）（）（ABAB）CC v分配律：分配律： A A （BCBC

31、） ABACABAC A B C A B C （ABAB）（ACAC） v吸收律：吸收律： AB AB AB AB A A （ABAB）（ABAB） A A v狄摩根定律：狄摩根定律：（ABAB） ABAB （ABAB） ABAB v双重否定律：双重否定律： A AA A 证明狄摩根定律 v例：证明狄摩根定律之一：例：证明狄摩根定律之一：(AB)(AB)ABAB。 A AB ABAB(AB)(AB)AABBABAB T TT TT TF FF FF FF F T TF FF FT TF FT T T T F FT TF FT T T TF FT T F FF FF FT TT TT TT T

32、逻辑代数的等价律 v零律：零律： A A 0 0 A A A A 0 0 0 0 v幺律：幺律： A A 1 1 1 1 A A 1 1 A A v幂等律：幂等律：A A A A A A A A A A A A v求补律：求补律：A A 1 1 A A 0 0 v交换律：交换律：A A B B B B A A A A B B B B A A 逻辑代数的等价律 v结合律：结合律：A A（B BC C）（）（A AB B）C C A A （B B C C）（）（A A B B） C C v分配律：分配律：A A （B BC C）A BA BA CA C A AB B C C（A AB B）（）（A

33、 AC C） v吸收律：吸收律： v狄摩根定律：狄摩根定律： v双重否定律：双重否定律： BABA BABA AA ABABA ABABA 逻辑函数的化简 v例：试将逻辑函数例：试将逻辑函数 F F A A B B化简。化简。 解：解：F F A A B B （A A) ) (A(AB)B)（分配律）（分配律） 1 1 (A(AB) B) （求补律）（求补律） A AB B （幺律）（幺律） v例：试将逻辑函数例：试将逻辑函数化简。化简。 解：解：F F （分配律）（分配律） A A （求补律）（求补律） 1 1 （求补律）（求补律） BABABABA BABABABA BBABBA 计算机硬

34、件的基本结构 辅助存储器 内存储器 运 算 器 控制器 输入设备 输出设备 程序原 始数据 运算 结果 控制信息数据 运算器 v运算器：对二进制数进行运算的部件。它在控制器的控运算器：对二进制数进行运算的部件。它在控制器的控 制下执行程序中的指令制下执行程序中的指令, ,完成各种算术运算、逻辑运算、完成各种算术运算、逻辑运算、 比较运算、移位运算以及字符运算等。比较运算、移位运算以及字符运算等。 v运算器的组成：算术逻辑部件（运算器的组成：算术逻辑部件（ALUALU）完成加、减、乘、）完成加、减、乘、 除等四则运算以及与、或、非、移位等逻辑运算；寄存除等四则运算以及与、或、非、移位等逻辑运算；

35、寄存 器用来暂存参加运算的操作数或中间结果，常用的寄存器用来暂存参加运算的操作数或中间结果，常用的寄存 器有累加寄存器、暂存寄存器、标志寄存器和通用寄存器有累加寄存器、暂存寄存器、标志寄存器和通用寄存 器等。器等。 v运算器的主要技术指标：运算速度，其单位是运算器的主要技术指标：运算速度，其单位是MIPSMIPS（百（百 万指令万指令/ /秒），通常是按照一定的频度执行各类指令的统秒），通常是按照一定的频度执行各类指令的统 计值。计值。 存储器 v存储器：用来存储数据和程序的部件。存储器：用来存储数据和程序的部件。 v存储单位：存储单位：“位位”（bitbit）、）、“字节字节”（byteby

36、te）、）、“字字”和和 “字长字长” v存储容量：存储器所包含的存储单元的总数，其单位为存储容量：存储器所包含的存储单元的总数，其单位为K K （1K1K2 210 10 10241024）。）。 v存储器的分类：存储器的分类： 内存储器：又称为主存储器，简称为内存或主存，用内存储器：又称为主存储器，简称为内存或主存，用 来存放现行程序的指令和数据。包括随机存取存储器来存放现行程序的指令和数据。包括随机存取存储器 （RAMRAM）和只读存储器（）和只读存储器（ROMROM）等。）等。 外存储器：又称为辅助存储器，简称为外存或辅存，外存储器：又称为辅助存储器，简称为外存或辅存， 用来存放需要长

37、期保存的信息，如硬盘、光盘、用来存放需要长期保存的信息，如硬盘、光盘、U U盘等。盘等。 外存储器 v存储器类型： 磁盘驱动器：读写头、可磁化微粒 光存储器：小于1微米的凹点 固态存储器 v存储介质 软盘：聚酯薄膜塑料片 硬盘：3.5英寸盘片 CD和DVD（Digital Video Disc），CD-R，CD-RW 闪存 控制器 v控制器：是指挥计算机的各个部件按照指令的功能要求协控制器：是指挥计算机的各个部件按照指令的功能要求协 调工作的部件。调工作的部件。 v控制器的组成：控制器的组成： 程序计数器（程序计数器（PCPC）：用来对程序中的指令进行计数，）：用来对程序中的指令进行计数， 使

38、控制器能依次读取指令；使控制器能依次读取指令； 指令寄存器（指令寄存器（IRIR）：在指令执行期间暂时保存正在执）：在指令执行期间暂时保存正在执 行的指令。行的指令。 指令译码器（指令译码器（IDID）：用来识别指令的功能，分析指令）：用来识别指令的功能，分析指令 的操作要求。的操作要求。 时序控制电路：用来生成时序信号，以协调在指令执时序控制电路：用来生成时序信号，以协调在指令执 行周期内各部件的工作。行周期内各部件的工作。 微操作控制电路：用来产生各种控制操作命令。微操作控制电路：用来产生各种控制操作命令。 输入/输出设备 v输入输入/ /输出设备：简称为输出设备：简称为I/OI/O设备，

39、是外部与计算机交设备，是外部与计算机交 换信息的渠道。换信息的渠道。 v输入设备：用于输入程序、数据、操作命令、图形、输入设备：用于输入程序、数据、操作命令、图形、 图像以及声音等信息。常用的输入设备有键盘、鼠标图像以及声音等信息。常用的输入设备有键盘、鼠标 器、扫描仪、光笔、数字化仪以及语音输入装置等。器、扫描仪、光笔、数字化仪以及语音输入装置等。 v输出设备：用于显示或打印程序、运算结果、文字、输出设备：用于显示或打印程序、运算结果、文字、 图形、图像等，也可以播放声音。常用的输出设备有图形、图像等，也可以播放声音。常用的输出设备有 显示器、打印机、显示器、打印机、XYXY绘图仪以及声音播

40、放装置等。绘图仪以及声音播放装置等。 输入/输出设备 v阴极射线管显示设备（Cathode Ray Tube，CRT） v液晶显示器（Liquid Crysstal Display，LCD）：使 用液体晶状单元层内的光线发光 v等离子显示器（Plasma Screen）：使用氖气填充 的、微小的、荧光发光的技术 v质量判别：屏幕尺寸、点距、视角宽度、刷新率、 分辨率、颜色深度。 外围设备 v安装： 扩展槽（ISA、PCI） USB端口 v线缆： 串行 并行 USB 选购电脑 选购电脑 选购电脑 选购电脑 如何选购台式电脑 联想IdeaCentre K305台式电脑的配置 处理器处理器 CPU

41、系列速龙四核 CPU 型号AMD Athlon II X4 620 核心数量/SMT技术四核 内核架构Propus 标称频率2600MHz 二级缓存4*512KB 制程工艺45纳米 联想IdeaCentre K305台式电脑的配置 主板主板/内存内存 内存大小4096MB 内存描述DDRIII 1066MHz 存储性能存储性能 硬盘容量500GB 硬盘描述SATA2 光驱类型Rambo 网络设备网络设备 网卡描述100Mbps以太网卡 联想IdeaCentre K305台式电脑的配置 视频视频/音频音频 显示器大小21.5英寸 显示器描述21.5寸暗夜骑士宽屏16:9液晶显示器 显卡类型纠错独

42、立 显卡芯片ATI Radeon HD 4350 显存容量纠错512MB 声卡描述集成5.1声卡 联想IdeaCentre K305台式电脑的配置 输入输出输入输出 键盘描述纠错FN功能键盘 鼠标描述光电鼠标 读卡器16合1读卡器 其他端口USB2.0 产品外形产品外形 机箱描述立式 联想IdeaCentre K305台式电脑的配置 软件系统软件系统 操作系统DOS 随机附件 纠错正版WIN7系统盘 联想娱乐地带2.0 联想PC Carer智能维护系统 金山毒霸 联想系统拯救 其他特性其他特性 其他特点三种性能模式转换 联想IdeaCentre K305台式电脑的配置 计算机的指令系统 v指令

43、：能被计算机识别并执行的二进制代码，指令：能被计算机识别并执行的二进制代码， 它规定了计算机能完成的某一种操作。它规定了计算机能完成的某一种操作。 v计算机可执行哪些指令？计算机可执行哪些指令？ v指令系统：一台计算机能执行的所有指令的集指令系统：一台计算机能执行的所有指令的集 合，如合，如80868086有有133133条基本指令。条基本指令。 v指令的格式：一条指令由操作码和地址码组成。指令的格式：一条指令由操作码和地址码组成。 操作码规定了该指令进行的操作种类；地址码操作码规定了该指令进行的操作种类；地址码 给出了操作数、结果以及下一条指令的地址。给出了操作数、结果以及下一条指令的地址。

44、 计算机的指令系统 v指令周期包含：指令周期包含： 获取指令获取指令 解释指令解释指令 执行指令执行指令 指针指向下一条指令指针指向下一条指令 v指令的分类：指令的分类： 数据传送型指令数据传送型指令 数据处理型指令数据处理型指令 输入输出型指令输入输出型指令 硬件控制指令硬件控制指令 指令的执行过程 v读取指令：即按照指令计数器中的地址，从内存储器读取指令：即按照指令计数器中的地址，从内存储器 中取出指令，并送往指令寄存器中。中取出指令，并送往指令寄存器中。 v分析指令：即对指令寄存器中存放的指令进行分析，分析指令：即对指令寄存器中存放的指令进行分析， 由操作码确定执行什么操作，由地址码确定

45、操作数的由操作码确定执行什么操作，由地址码确定操作数的 地址。地址。 v执行指令：即根据分析的结果，由控制器发出完成该执行指令：即根据分析的结果，由控制器发出完成该 操作所需要的一系列控制信息，去完成该指令所要求操作所需要的一系列控制信息，去完成该指令所要求 的操作。的操作。 v上述步骤完成后，指令计数器加上述步骤完成后，指令计数器加1 1，为执行下一条指，为执行下一条指 令做好准备。如果遇到转移指令，则将转移地址送入令做好准备。如果遇到转移指令，则将转移地址送入 指令计数器。指令计数器。 计算机组织与系统结构领域的一些主要技术 v复杂指令集技术：复杂指令集技术：CISCCISC，IntelI

46、ntel奔腾处理器奔腾处理器 v精简指令集技术：精简指令集技术：RISCRISC，IBM PowerPCIBM PowerPC处理器处理器 v指令流水线技术：执行当前指令时读取下一条指令指令流水线技术：执行当前指令时读取下一条指令 v高速缓冲存储技术：预取马上可能使用的数据高速缓冲存储技术：预取马上可能使用的数据 v虚拟存储技术：小内存模拟大内存使用虚拟存储技术：小内存模拟大内存使用 v并行处理技术：多处理器协同工作并行处理技术：多处理器协同工作 程序设计语言 v机器语言：由计算机的指令系统组成，使用机器语言编写机器语言：由计算机的指令系统组成，使用机器语言编写 的程序计算机能够直接理解并执行

47、，但编程和理解都十分的程序计算机能够直接理解并执行，但编程和理解都十分 的困难。的困难。 v汇编语言：使用汇编语言：使用“助忆符助忆符”来表示指令的操作码，并使用来表示指令的操作码，并使用 存储单元或寄存器的名字表示地址码，以便于记忆和书写。存储单元或寄存器的名字表示地址码，以便于记忆和书写。 v高级程序设计语言：是一种与机器的指令系统无关、表达高级程序设计语言：是一种与机器的指令系统无关、表达 形式更接近于被描述的问题的程序设计语言，便于程序的形式更接近于被描述的问题的程序设计语言，便于程序的 编写。使用高级程序设计语言编写的程序称为源程序，它编写。使用高级程序设计语言编写的程序称为源程序，

48、它 必须经过程序设计语言翻译系统的处理后才能执行。必须经过程序设计语言翻译系统的处理后才能执行。 面向过程程序设计语言：结构化程序设计面向过程程序设计语言：结构化程序设计 面向对象程序设计语言：面向对象程序设计语言： 程序设计 v程序设计：是一个使用程序设计语言产生一系列的指程序设计：是一个使用程序设计语言产生一系列的指 令以告诉计算机该做什么的过程。令以告诉计算机该做什么的过程。 v广义的程序设计：广义的程序设计： 需求分析需求分析 总体设计总体设计 详细设计详细设计 编码编码 测试测试 运行与维护运行与维护 结构化程序设计 v 结构化程序设计：采用自顶向下逐步求精的设计方法结构化程序设计：

49、采用自顶向下逐步求精的设计方法 和单入口单出口的控制成分（顺序、分支和循环）。和单入口单出口的控制成分（顺序、分支和循环）。 T F T F 条 件 A A B （a）顺序结构 （b）选择型分支结构 （c）循环结构 AB 条 件 良好的程序设计风格 v标识符：按意命名、保留字用大写字母、使用统一的标识符：按意命名、保留字用大写字母、使用统一的 缩写规则。缩写规则。 v表达式：使用括号、使用库函数、条件化简、函数与表达式：使用括号、使用库函数、条件化简、函数与 过程过程 v模块化：模块的独立性（高内聚、低耦合）、模块的模块化：模块的独立性（高内聚、低耦合）、模块的 规模适中。规模适中。 v程序行

50、的排列格式：排列格式美观、层次分明、使用程序行的排列格式：排列格式美观、层次分明、使用 统一的缩进格式，同一嵌套深度并列的语句对齐。统一的缩进格式，同一嵌套深度并列的语句对齐。 v注释：添加必要的注释，以说明程序、过程和语句等注释：添加必要的注释，以说明程序、过程和语句等 的功能及注意事项。的功能及注意事项。 算法 v算法：是由一系列规则组成的过程，这些规则确定了算法：是由一系列规则组成的过程，这些规则确定了 一个操作的顺序，以便能在有限步骤内得到特定问题一个操作的顺序，以便能在有限步骤内得到特定问题 的解。的解。 v算法的性质：算法的性质： 确定性确定性 通用性通用性 有限性有限性 v算法的

51、描述工具：算法的描述工具： 自然语言自然语言 流程图流程图 决策表决策表 算法描述语言算法描述语言 欧几里德算法（Euclids Algorithm） v 若给定两个正整数若给定两个正整数m m和和n n，试写出求它们的最大公因子的，试写出求它们的最大公因子的 算法。算法。 v 该算法的步骤用文字表述如下：该算法的步骤用文字表述如下： 第第1 1步：读入两个正整数步：读入两个正整数m m和和n n（设（设mnmn）。）。 第第2 2步：求步：求m m和和n n的余数的余数r rmodmod（m,nm,n）。）。 第第3 3步：用步：用n n的值取代的值取代 m m，用，用r r的值取代的值取代

52、n n。 第第4 4步：判别步：判别r r的值是否为零，如果的值是否为零，如果r r0 0，则，则m m为最为最 大公因子；否则返回大公因子；否则返回 第第2 2步。步。 第第5 5步：输出步：输出m m的值，即为最大公因子。的值，即为最大公因子。 欧几里德算法（算法描述语言表示） PROCEDURE EuclidPROCEDURE Euclid； BEGINBEGIN READ READ（m,nm,n）; ; REPEAT;REPEAT; r:=MOD r:=MOD（m,nm,n）; ; m:=n; m:=n; n:=r; n:=r; UNTIL r UNTIL r0;0; WRITE (m) WRITE (m) ENDEND v欧几里德算法（流程图表示） m=n BEGIN READ m，n r=mod(m,n) n=r WRITE m r0 END Y N 数据结构 v数据：描述客观事物的数、字符以及所有能输入到计算数据：描述客观事物的数、字符以及所有能输入到计算 机并被计算机程序处理的符号的集合，如数值、字符、机并被计算机程序处理的符号的集合，如数值、字符、 图形、图像、声音等。图形、图像、声音等。 v数据结构：带有结构的数据元素的集合，结构反映了数数据结构：带有结构的数据元素的集合，结构